Verfahren und Einrichtung zum Biegen von Blechstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen von Blechstücken in die Form von Rinnen und eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens sowie ein gemäss dem Verfahren hergestelltes rinnenförmi- ges Blechstück.
Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen be kannt, welche das Herstellen von dünnwandigen Pro filen aus Blechen, z. B. durch Abkanten, Biegen, Drücken und dergleichen gestatten. Obwohl im all gemeinen recht gut verwendbar, können bekannte Verfahren und Einrichtungen nicht in jedem Falle vollkommen befriedigen, so z. B. dann nicht, wenn Bleche aus hartem, verhältnismässig elastischem Ma terial verarbeitet werden sollen. In aus solchen Ble chen hergestellten Profilstücken werden nach der Ver formung relativ grosse Rückstellkräfte frei, welche eine bleibende Verformung in Frage stellen.
Die Form gebung soll zudem vielfach komplizierte Profile er möglichen, welche je nach ihrer Art bekanntlich als offen und als geschlossen bezeichnet werden können. Bei der an und für sich mühsamen Herstellung sol cher Profile treten die in Zusammenhang mit der bleibenden Verformung erwähnten Schwierigkeiten potenziert auf.
Ein besonderes Gebiet für die Verwendung sol cher Profilstücke aus Blech ist der Flugzeugbau, wo vornehmlich Bleche aus Aluminiumlegierungen ver arbeitet werden. Bei der bleibenden Verformung die ser bekanntlich harten Bleche zu den im Flugzeug bau verwendeten Profilen muss vielfach noch der be sondere Umstand berücksichtigt werden, dass die Querschnittsfläche von einem Ende des Profilstückes zum anderen Ende kontinuierlich zunimmt.
Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet nun, beim Biegen von Blechstücken in die Form von Rin nen eine bleibende Verformung zu erzielen. Erfin- dungsgemäss zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das Blechstück an zwei einander gegenüberliegen den Rändern eingespannt und der Wirkung von Spannkräften ausgesetzt wird,
dass hierauf an beiden Blechseiten im Bereich zwischen den Einspannstellen angreifende primäre Verformungskräfte das Blech entgegen der Wirkung der Spannkräfte und bei gleich zeitiger Verringerung des Abstandes zwischen den ein ander gegenüberliegenden Einspannstellen und bei Verringerung der Entfernungen zwischen den in ent gegengesetzten Richtungen wirksamen primären Verfor- mungskräften wenigstens soweit-ausbuchten, bis,
die den Spannkräften entgegengesetzt wirkenden Komponen ten der primären Verformungskiäfte mindestens an nähernd gleich Null werden, dass darauf beim Weiter wirken der primären Verformungskräfte an Stelle der Spannkräfte diesen entgegengesetzt gerichtete sekun däre Verformungskräfte den Abstand zwischen den Einspannstellen weiter verringern und das Blech stück verformen, das Ganze derart, dass das Blech gereckt wird, worauf der Vorgang beendigt und das Blech ausgespannt wird.
Wie bereits erwähnt, ist eine Einrichtung an einer Abkantpresse zum Durchführen des Verfahrens eben falls Gegenstand der Erfindung. Diese Einrichtung besitzt mindestens ein Paar einander gegenüber am einen Pressbalken angeordneter, quer zur Druckrich tung der Presse gegeneinander verschiebbar geführter Spannzangen,
deren jede vor ihrer Einspannstelle eine von der Verschiebungsrichtung der Zange nach der Druckrichtung der Presse gebogene Auflagefläche für das Blech aufweist sowie Hubvorrichtungen, deren jede auf eine der genannten Zangen wahlweise in deren Verschiebungsrichtung nach aussen oder in der zu dieser entgegengesetzten Richtung eine Kraft aus zuüben erlaubt, und einen in der Arbeitsrichtung der Presse vorspringenden Formstempel, der derart am andern Pressbalken angeordnet ist, dass er bei der Betätigung der Presse teilweise zwischen die genann ten Auflageflächen der beiden Zangen zu liegen kommt.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestelltes rinnenförmiges Blechstück zeichnet sich dadurch aus, dass dasselbe mindestens stellenweise durch Recken bleibend verformt ist.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens dargestellt; das Verfah ren soll in der Folge an Hand dieser Einrichtung rein beispielsweise erläutert werden.
Es zeigt: Fig. 1 die Einrichtung abgebrochen in Draufsicht, Fig. 2 die Einrichtung in einer ersten Phase des Durchführens des Verfahrens, im Querschnitt, Fig. 3 die Einrichtung gemäss der Fig. 2 in einer zweiten Verfahrensphase, Fig. 4 die Einrichtung gemäss der Fig. 2 in einer dritten Verfahrensphase und Fig. 5 das ausgespannte, bleibend verformte Blechstück.
Die Organe der Einrichtung sind auf einem Grundträger 1 untergebracht, welcher zum Aufspan nen auf einen Pressbalken einer Abkantpresse be stimmt ist. Zu diesem Zweck besitzt der Grundträger 1 eine im Querschnitt annähernd H förmige Schiene 2, deren Seitenflanken 4 an der einen Seite des Mittel steges näher zueinander liegen als die beiden anderen Seitenflanken 3.
Die Seitenflanken 3 bilden eine Füh rung, welche zur Aufnahme des erwähnten Pressbal- kens bestimmt ist, während mit .den Seitenflanken 4 bezüglich der Schiene 2 nach beiden Seiten ausladend Tragplatten 5 verbunden sind, welche sich in der ganzen Arbeitslänge der Einrichtung erstrecken. In Abständen eingesetzte, mit der Schiene 2 und mit den Tragplatten 5 verbundene Rippen 6 dienen zum Versteifen des Grundträgers.
An den Tragplatten 5 sind paarweise, einander gegenüberliegend, Zangenträger 7 angeordnet, welche jeweils aus einer Grundplatte 8 und aus einem Füh rungsbügel 9 bestehen. Die Grundplattem 8 liegen quer zu den Tragplatten 5 und stützen sich an ihren der Schiene 2 zugekehrten Enden auf Stellschrauben 10. An ihren bezüglich der Schiene nach aussen ge kehrten Enden sind die Grundplatten 8 mit den Trag platten gelenkig verbunden. Die Führungsbügel 9 er strecken sich senkrecht zu den freien Flächen der Grundplatten 8 anderen äusseren Enden.
In den Fig. 2 bis 4 ist es gut ersichtlich, dass die beiden Seitenflanken der Führungsbügel 9 jeweils durch zwei im Abstand zueinander angeordnete Stege verbunden sind, ferner, dass an einem Bolzen 12, welcher die Seitenflanken der Führungsbügel 9 durch setzt, eine Stützrolle 13 drehbar gelagert ist.
An jedem Zangenträger 7 ist eine Spannvorrichtung 11 frei verschiebbar angeordnet. Eine solche Spann vorrichtung besteht zunächst aus einer Spannzange 14, in deren Öffnung Klemmbacken 15 verschiebbar angeordnet sind. Zugfedern 16 sind zwischen den Klemmbacken 15 und der Spannzange 14 eingesetzt, um die Klemmbacken in der Lösestellung zu halten. Zwischen den Zugfedern 16 erstreckt sich eine Boh rung 17 im Körper der Spannzange, in welcher ein Kolben 18 in der Richtung der Klemmöffnung der Klemmbacken verschiebbar geführt ist.
Das freie, aus der Bohrung 17 ragende Ende des Kolbens 18 liegt an den Klemmbacken 15 an. Eine nicht gezeichnete Druckquelle ist mit der Bohrung 17 verbunden, so dass das andere Ende des Kolbens 18 durch ein Druckmedium, das von der Druckquelle in die Bohrung 17 verdrängt werden kann, besufschlagt wird. Die Verlängerung des Körpers der Spannzange 14 gegen den Führungsbügel 9 bildet einen mit der Spannzange aus einem Stück bestehenden Hubzylin der 19, in welchem ein mit Kolbenstange 20 ver- sehener Kolben 21 verschiebbar geführt ist, wobei die Teile 19, 20, 21 die Hubvorrichtung bilden.
Das aus dem Hubzylinder 19 herausragende Ende der Kolbenstange 20 ist zwischen den beiden Stegen des Führungsbügels 9 an einem Zapfen 22 gelenkig ge lagert. An den beiden Enden der Hubzylinderbohrung sind Anschlüsse 23 vorgesehen, an welchen nicht ge zeichnete Druckleitungen einer Druckquelle ange schlossen werden. Eine Führungszunge 24 der Spann vorrichtung 11 erstreckt sich zwischen den Seiten flanken des Führungsbügels 9 unter der Stützrolle 13 durch, während am anderen Ende der Spannvorrich tung 11 die Spannzange 14. mit einer Gleitfläche 25 versehen ist, mittels welcher die Spannzange 14 an der Grundplatte 8 abgestützt ist. Die in der Zeichnung untere Hälfte der Spannzange 14 weist vor der Ein spannstelle eine gekrümmte Auflagefläche 26 auf.
Ein zu verformendes Blech ist mit 27, ein Stempel mit 28 und ein Stempelträger mit 29 bezeichnet. Der Stempelträger ist zum Aufspannen am zweiten Press- balken einer Abkantpresse bestimmt.
Das zu verformende Blechstück 27 wird zunächst in die Spannvorrichtungen eingespannt. Zu diesem Zweck werden die Kolben 18 aus den Bohrungen 17 unter der Wirkung eines durch die erwähnte, nicht gezeichnete Druckquelle geförderten Druckmediums gegen die Klemmbacken gepresst, worauf diese das in die Einspannstelle der Spannzangen 14 eingeführte Blech verklemmen. Zum Einspannen wird als Druck medium vorzugsweise Druckluft gewählt, doch kann das Einspannen selbstverständlich auch auf hydrau lischem Wege erfolgen. Wie aus der Zeichnung er sichtlich ist, liegt das eingespannte Blech 27 an den Auflageflächen 26 der Spannvorrichtungen auf, wobei die korrekte Höhe des Blechrandes durch die Stell schrauben 10 einreguliert wird.
Nun werden die Hub zylinder 19 an der Kolbenstangenseite mit einem Druckmedium aufgefüllt und unter Druck gesetzt, wobei die Spannvorrichtungen nach beiden Seiten ge gen die Führungsbügel 9 verschoben werden und das Blech 27 spannen. Als Druckmedium zum Erzeugen einer Spannkraft bzw. zum Verschieben der Spann- vorrichtungen 11 und damit der Spannzangen 14 wird vorzugsweise eine Hydraulikflüssigkeit aus einer zwei ten Druckquelle verwendet. Die Spannkraft wird durch die Bolzen 22 bzw. durch die Führungsbügel 9 aufgenommen und durch die gelenkige Lagerung der Zangenträger 7 auf den Grundträger 1 übertragen.
Nachdem das Blech 27, das z. B. eine zuneh mende Breite aufweist (siehe Fig. 1) eingespannt und in der erwähnten Weise ausreguliert ist, kann der eigentliche Verformungsvorgang einsetzen. Dies ge schieht zunächst durch die Verringerung des Abstan des zwischen den Pressbalken der Presse, wobei der Einfachheit halber angenommen wird, dass der untere Pressbalken, an welchem die Einrichtung aufgespannt ist, fest steht, während der obere Pressbalken mit dem Stempel 28 nach unten gedrückt wird. Die Richtungs angaben unten und oben beziehen sich dabei selbst verständlich auf die Zeichnung.
Erreicht der Stempel das Blech 27, werden primäre Verformungskräfte wirksam, welche an beiden Blechseiten im Bereich zwischen den Einspannstellen, namentlich an den Auflageflächen 26 der Spannvorrichtungen 11 und an der Auflagefläche des Stempels 28 angreifen. Un ter der Wirkung dieser Kräfte wird das Blech 27 in der Druckrichtung der Presse ausgebuchtet, wobei gleichzeitig bei Aufrechterhaltung des Druckes auf der Kolbenstangenseite des Zylinders 19, das heisst gegen die Wirkung der Spannkräfte,
die einzelnen Paare der Spannvorrichtungen 11 durch die den Spann kräften entgegengesetzt wirkenden Komponenten der primären Verformungskräfte gegeneinandergezogen werden, so dass der Abstand zwischen den Einspann stellen verringert wird. Mit fortschreitender Aus buchtung des Bleches erfolgt eine Verringerung der horizontalen Entfernungen zwischen den in entgegen gesetzten Richtungen wirksamen primären Verfor- mungskräften und gleichzeitig verringern sich deren den Spannkräften entgegenwirkenden Komponenten.
Erreicht die Verringerung des Abstandes zwischen den Einspannstellen, das heisst das Ausbuchten des Bleches etwa die in der Fig. 3 dargestellte Phase, so werden - wie dies dem Fachmann ohne weiteres erkennbar ist - die den Spannkräften entgegenwir kenden Komponenten der primären Verformungs- kräfte annähernd gleich Null, da die Schenkel des in dieser Phase rinnenförmigen Bleches annähernd par allel zu den primären Verformungskräften sind.
Nun wird das Fördern des Druckmediums in den auf der Kolbenstangenseite befindlichen Teil des Hubzylin- ders 19 eingestellt und in den anderen, auf der Spann zangenseite befindlichen Teil des Hubzylinders 19 aufgenommen. Die Spannkräfte werden mit anderen Worten durch dazu entgegengesetzt wirkende Kräfte ersetzt, da das in den erwähnten Teil der Hubzylinder einströmende Druckmedium die Spannvorrichtungen 11 gegeneinander verschiebt.
Das Blech wird nun mehr tatsächlich auch durch den früheren Spann kräften entgegengesetzt wirkende sekundäre Verfor- mungskräfte verformt, welche, wie in der Fig. 4 er sichtlich, das Blech schliesslich von beiden Seiten an die Flanken des Stempels 28 anlegen. Das hierbei er zielte Profil könnte an sich auch durch wiederholtes Abkanten erzielt werden, wobei jedoch, wie eingangs erwähnt, zufolge der Härte und Elastizität des Ble- ches die Masshaltigkeit und Formbeständigkeit nach dem Ausspannen des Werkstückes verlorengingen.
Betrachtet man dagegen die beiden in den Fig. 3 und 4 dargestellten Phasen dieses Verformungsverfahrens, so ist es ohne weiteres ersichtlich, dass beim Anlegen des Bleches an den Seitenflanken des Stempels 28 das Material bereits gereckt wird, wenn der Stempel nicht aus seiner in der Fig. 3 dargestellten Lage nach oben, das heisst zurückbewegt werden kann.
Um eine Rück bewegung des Stempels tatsächlich zu verhindern, werden die primären Verformungskräfte während der Wirksamkeit der sekundären Verformungskräfte zu mindest aufrechterhalten oder in Abhängigkeit der Materialeigenschaften und des zu erzielenden Profils noch weiter gesteigert, um durch einen weiteren Stem pelvorschub das Blech zusätzlich zu recken, wobei das Blech durch die sekundären Verformungskräfte stets gegen den Stempel angedrückt wird.
Das Rek- ken, eine eigentliche L7berb:eanspruchung, wird in den einzelnen Blechbereichen in ungleichem Masse wirk sam. Die höchste Beanspruchung erleiden jeweils jene Bereiche, welche gekrümmt, gekantet oder an. derswie verformt werden, jene Bereiche also, deren Formbeständigkeit für die Profiltreue des verformten Blechstückes hauptsächlich massgebend sind.
Zufolge der überbe:anspruchung durch Recken ist die Ver formung der Blechstücke als bleibend zu betrachten, überschreitet doch die Materialbeanspruchung dabei die Elastizitätsgrenze. Nach Beendigung der Verfor mung wird das Blechstück ausgespannt, wie diese Phase aus der Fig. 5 ersichtlich ist.
Da wie erwähnt die Querschnittsflächen des Pro fils von einem Ende des Blechstückes zum anderen Ende kontinuierlich abnehmen, kann das fertig ver formte Werkstück ohne weiteres vom Stempel 28 ab gezogen werden.
Der zeitliche Ablauf der Verformung bzw. der Wirksamkeit der Spannkräfte und der primären bzw. sekundären Verformungskräfte ist jeweils neben den Materialeigenschaften von der Profilform abhängig. In gewissen Fällen wird das gewünschte Recken von den primären, in anderen Fällen von den sekundären Verformungskräften erzielt. In wieder anderen Fällen wird die gleichzeitige Einwirkung beider Gruppen der Verformungskräfte das gewünschte Resultat ergeben.
Wesentlich ist, dass die Spannkräfte so lange wirksam bleiben, bis die ihnen entgegenwirkende Komponente der primären Verformungskräfte mindestens an nähernd Null wird, worauf diese Komponente durch die sekundären Verformungskräfte ersetzt wird.
Das in der Zeichnung dargestellte Profil gehört zu den geschlossenen Profilen, wobei zu bemerken ist, dass die Ränder des Blechstückes ausserhalb den Linien bei 29 (siehe Fig. 5) nur zum Einspannen ,dienen und abgeschnitten werden. Selbstverständlich könnte man die Auflageflächen 26 der Spannvorrichtungen in die direkte Formung eines Profils mit einbeziehen.
Man könnte ferner mehrere oder mehrteilige Stempel am einen und auch zwischen den Auflageflächen 26 noch weitere Widerlager am anderen Pressbalken verwenden, um entsprechende, kompliziertere Profile zu erzielen, wobei die Stempel und Widerlager seitliche Beweglichkeit besitzen kön nen.
In jedem Falle wird beim beschriebenen Verfah ren gegenüber dem Abkanten oder anderen her kömmlichen Verformungsmethoden ein erhöhter Ab fall zufolge des Einspannens des Bleches in Kauf ge nommen werden müssen, doch wird dies durch Ein sparungen bei den Arbeitslöhnen und Verbesserung der Qualität des fertigen Werkstückes weitaus über wogen.